Catherine Fabienne Deneuve 22 Ekim 1943'te Paris, Fransa'da aktör anne-baba Renée Simonot ve Maurice Dorléac'ın çocuğu olarak dünyaya geldi. Sinemaya ilk adımını 1957'de, henüz ergenlik çağındayken attı ve Roger Vadim ona Kardeş kanı'nda (1963) daha önemli bir rol verene kadar küçük filmlerde küçük rollerle devam etti. Büyük çıkışını, genç bir askere aşık olan ama başka bir adamla sevgisiz bir evliliğe mahkum edilen romantik bir orta sınıf kızı olarak unutulmaz bir performans sergilediği mükemmel müzikal Şerburg Şemsiyeleri (1964) ile yaptı; yönetmen, Deneuve'e daha az başarılı Tatlı günler'de (1967) de rol veren yetenekli Jacques Demy idi. Daha sonra Roman Polanski'nin Tiksinti (1965) filminde şizofren bir katili ve Luis Buñuel'in başyapıtı Gündüz Güzeli'nde (1967) her öğleden sonra yarı zamanlı fahişe olarak çalışan evli bir kadını canlandırdı. Buñuel ile Seni sevmeyeceğim (1970) filminde de çalıştı ve François Truffaut için Evlenmekten korkmuyorum (1969) filminde harika bir performans sergiledi, bu film onun "frigid femme fatale" kişiliğinin bir tür özeti gibiydi. Yetmişli yıllarda bu kalibrede roller bulamadı, ancak Truffaut'nun Son Metro (1980) filminde Nazi işgali altındaki Paris'te bir sahne oyuncusu olarak yaptığı muhteşem iş kariyerini yeniden canlandırdı. İlk Akademi Ödülü adaylığını (En İyi Kadın Oyuncu) kazandığı epik drama Indochine'de (1992) de çok iyiydi. Zarif ve her zaman ışıltılı Deneuve hiç sahneye çıkmamış olsa da, Simone Signoret, Jeanne Moreau, Isabelle Huppert, Isabelle Adjani ve genç Juliette Binoche gibi ünlü yetenekleri içeren bir listeye katılarak evrensel olarak Fransız sinemasının "grandes dames"'lerinden biri olarak selamlanmaktadır.